陳彥煒，王高賓

（張家港市供電公司，江蘇 張家港 215600）

1 配電網(wǎng)自動化的定義與內(nèi)容

以網(wǎng)架和設(shè)備作為基礎(chǔ)條件，以現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備為手段，實現(xiàn)對配電網(wǎng)進(jìn)行智能化的在線監(jiān)控管理與離線的監(jiān)控管理，應(yīng)用系統(tǒng)的信息集成來實現(xiàn)對配電網(wǎng)的監(jiān)測、控制和快速故障隔離，使配電網(wǎng)始終處于高效、可靠、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)運行狀態(tài)的一整套體系稱為配電網(wǎng)自動化。通過使用SCADA 系統(tǒng)的功能，可以對電網(wǎng)的運行情況實施監(jiān)測，從而能夠提高供電可靠性和供電質(zhì)量，減少停電范圍，縮短事故處理時間，提高為用戶服務(wù)的水平，簡單的可以概括為：客戶服務(wù)、配電運行、抄表、配電管理和負(fù)荷管理全部實現(xiàn)自動化等。

配電網(wǎng)自動化的主要內(nèi)容包括多個自動化系統(tǒng)，比如面向用戶的自動化抄表系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)，智能分析管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、饋線自動化系統(tǒng)以及變電站自動化系統(tǒng)。

2 配網(wǎng)自動化建設(shè)中的常見故障

2.1 短路故障

短路故障是最常見的一種故障，根據(jù)短路故障影響時間的長短，又可以分析瞬時性短路故障與永久性短路故障。瞬時故障下，通常通過將斷路器重合閘既可以恢復(fù)故障，而如果重合閘斷路器不能夠恢復(fù)供電，則被認(rèn)定為非瞬時性故障。

根據(jù)線路中具體的故障點，又可以將短路故障分為隔離開關(guān)短路故障、跌或式熔斷器故障、線路金屬短路故障等。

以線路金屬性短路故障為例進(jìn)行分析。這種故障是因為線路中的絕緣設(shè)備損壞造成的。如瓷橫擔(dān)和絕緣瓷棒出現(xiàn)斷裂紋，或者起固定作用的螺絲松動，導(dǎo)致原來的絕緣磁棒失去了原有的絕緣和支撐線路分離的作用，進(jìn)而導(dǎo)致線路之間相互碰撞，這樣會導(dǎo)致線路上的金屬短路。短路瞬間將產(chǎn)生較大的電動力，這個點動力也會引起線路相碰撞，造成線路金屬性短路故障。同時輸電線本身的因素也會導(dǎo)致該故障的產(chǎn)生。如線路質(zhì)量不合格、線路老化、強度不滿足設(shè)計要求導(dǎo)致拉斷等等。在線路施工過程中，線路接觸點接觸不良等也會導(dǎo)致這種故障。

雷擊過電壓也會導(dǎo)致短路故障。10kV 架空線遭遇雷擊路事故會造成絕緣子擊穿或爆裂、配變燒毀等后果。當(dāng)設(shè)備本身有缺陷時，通常會加大雷擊事故的影響，造成惡劣的后果。因此，總結(jié)以往的生產(chǎn)運行經(jīng)驗，提高絕緣子的質(zhì)量，淘汰質(zhì)量不合格或者存在缺陷的尤其是P-20 針式絕緣子。此外，要提高線路的防雷等級，并針對不同的區(qū)域遭受雷電的次數(shù)多少，分別采用不同的防雷等級，對于沒有加裝避雷器的線路要及時加裝避雷器。對于導(dǎo)線連接器接觸不良的情況，常常是由于并溝線夾連接不是10kV 線路的連接器的最佳連接，因為這種連接方式會造成導(dǎo)線連接不良，當(dāng)遭受強大雷擊電流的沖擊時候，往往經(jīng)不住考驗。

2.2 接地故障

配電線路中的瞬時性接地故障常見的原因，如線路絕緣子臟污，這樣在空氣濕度較大的或者下雨天氣時，容易出現(xiàn)對地閃絡(luò)，產(chǎn)生接地故障，但是當(dāng)空氣濕度下降后立即消失。

由于外力破壞或者線路絕緣子老化、缺陷擊穿常常引起線路永久性接地故障，同時跌落式熔斷器、線路隔離開關(guān)因絕緣老化擊穿也會引起線路永久性接地故障。在雷雨季節(jié)線路避雷器爆炸，直擊雷導(dǎo)致線路絕緣子炸裂，也會引起線路永久性接地故障。

3 配電網(wǎng)自動化技術(shù)及其對供電可靠性的影響

3.1 自動化故障定位

目前，常用的故障定位模式有兩種，分別為基于重合器或分段器的故障定位和基于FTU 的配電網(wǎng)故障定位。

3.1.1 基于重合器或分段器的故障定位

基于重合器或分段器的故障定位的故障處理模式，在這個過程中不需利用通信系統(tǒng)，因而，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障后，對故障的判斷、隔離以及恢復(fù)非故障區(qū)間的供電是通過分布在故障線路上的各個開關(guān)通過時序順序進(jìn)行分合閘操作實現(xiàn)相互配合。這種故障護(hù)理方法的前提是，要預(yù)先設(shè)定每臺重合器的重合次數(shù)，一旦預(yù)設(shè)的開關(guān)的重合閘次數(shù)達(dá)到后，開關(guān)的重合閘功能將會自動閉鎖，發(fā)生故障的負(fù)荷點將會被隔離，在故障消除之前，不再進(jìn)行重合閘。

將每一條饋線看作基本的單元，通過分段器與重合器的合理配合，故障發(fā)生時的工頻量將會變化，利用這個變化產(chǎn)生的邏輯動作，從而自動實現(xiàn)對故障檢測、隔離及非故障線路供電功能恢復(fù)，可以發(fā)現(xiàn)，由于整個故障處理過程并沒有主站、子站或者通信系統(tǒng)的參與，因此這種故障處理模式又具有快速，高可靠性的特點。在電力的實際生產(chǎn)應(yīng)用中，這種故障處理模式通常又可以分為以下兩種。

（1）過流脈沖計數(shù)型分段器與重合器相互配合的模式，要想實現(xiàn)分閘，這種分段器需要同時滿足下述三個條件：①線路失壓、線路電流低于指定大??；②計數(shù)次數(shù)到達(dá)整定值；③故障電流超過整定的額定啟動電流值。在這三個條件同時滿足的情況下，線路就能自動分閘。

（2）電壓一時序型分段器與重合器的配合。通過控制加壓、失壓的時間長短來控制線路的分合閘，失壓分閘，加壓后延時合閘或閉鎖。

基于分段開關(guān)和重合器相配合的故障定位模式結(jié)構(gòu)較為簡單，其本身不需要考慮供電電源的因素，也無須設(shè)備間的通信，因此無通信系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)成本較低，較適合于無通信網(wǎng)絡(luò)的偏遠(yuǎn)地區(qū)和沒有大量資金投入的場合。

需要注意的是，采用這種模式的系統(tǒng)切斷故障需要的時間較長，并且不能對系統(tǒng)正常運行狀況下的電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行實時監(jiān)控，這將造成無法準(zhǔn)確的分析客戶用電規(guī)律，進(jìn)而無法有效預(yù)測該地區(qū)的用電負(fù)荷。一旦發(fā)生停電故障時，無法快速準(zhǔn)確的確定網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的最優(yōu)恢復(fù)供電方案，導(dǎo)致恢復(fù)供電時間較長。

3.1.2 基于FTU 的配電網(wǎng)故障定位

FTU 和DTU 都是智能終端設(shè)備，而FTU 通常安裝在柱上開關(guān)上，DTU 通常安裝在電纜環(huán)網(wǎng)柜中。它們的共同特點是具備實現(xiàn)配電自動化的基本的通信功能，可以與遠(yuǎn)方配電自動化系統(tǒng)主站的通信，對配電設(shè)備的調(diào)節(jié)和控制。

在變電站的出口斷路器上安裝住上FTU，同時戶外饋線分段開關(guān)處也要安裝FTU。配電終端的FTU（或DTU）采集線路電流、電壓、功率、開關(guān)分合閘狀態(tài)等信息，實現(xiàn)對開關(guān)運行情況進(jìn)行實時監(jiān)控，通過可靠的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，將所有節(jié)點的數(shù)據(jù)采集到配電網(wǎng)控制中心的SCADA 系統(tǒng)，結(jié)合配套的處理軟件，從而將采集到的信息發(fā)送到配電自動化主站實現(xiàn)通信功能。在配電網(wǎng)系統(tǒng)正常工作的情況下，饋線電流、電壓情況與饋線分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)被實遠(yuǎn)程時監(jiān)控，對線路開關(guān)合閘和分閘操作也可以遠(yuǎn)方進(jìn)行，這樣配電的運行方式得以優(yōu)化，這樣做也可以達(dá)到兩個目的，首先是實現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備容量的充分利用；其次是降低線路損耗。當(dāng)配電網(wǎng)中發(fā)生故障以后，主站系統(tǒng)依托配電終端檢測到的各個節(jié)點的故障告警信息，并與開關(guān)分閘與變電站的運行信息、開關(guān)站的動作保護(hù)信息等相關(guān)內(nèi)容相結(jié)合，全面的分析判斷，進(jìn)而針對各種不同的情況，啟動故障處理程序，定位故障點所在的位置，確定故障的類型，進(jìn)而采取措施實現(xiàn)故障區(qū)段隔離，并恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。一旦計算出故障距離后，結(jié)合變電站的坐標(biāo)位置，則可以確定故障點的坐標(biāo)，這樣可以有效降低故障點查找的時長。

自動化故障定位的突出優(yōu)點在于：它不再采用人工拉閘的操作方式進(jìn)行故障點的查找和定位，也不再使用人工方式進(jìn)行非故障區(qū)域的排查和恢復(fù)供電，采用計算機技術(shù)和自動化技術(shù)替代人工方式，大大縮短了故障排查的時間，同時降低了人力成本，使得平均故障停電時間指標(biāo)得以有效改善。

3.2 主站自動化

3.2.1 地區(qū)變電站自動化

地區(qū)變電站自動化主要通過先進(jìn)的電氣設(shè)備、電力電子器件和控制終端來實現(xiàn)，通過在地區(qū)變電站的各個節(jié)點安裝信息采集終端和通信設(shè)備，保證變電站內(nèi)部所有設(shè)備、配電網(wǎng)等的運行數(shù)據(jù)都可以被實時的采集和檢測，通過通信設(shè)備將采集到的信息匯總的控制中心，在控制中心進(jìn)行信息的分析、計算和處理，進(jìn)而實現(xiàn)對整個變電站的自動化運行控制。而當(dāng)分析出采集到的信息不滿足運行要求時，則可以輸出報警，通過其自動檢測并隔離發(fā)生在該地區(qū)變電站內(nèi)部的故障，實現(xiàn)故障快速切除，恢復(fù)供電，實現(xiàn)地區(qū)變電站運行自動化。

這種變電站內(nèi)部全節(jié)點、全過程的信息采集和監(jiān)控可以迅速發(fā)現(xiàn)故障問題，同時也可以快速解決問題。

3.2.2 配電變電站自動化

地區(qū)變電站自動化發(fā)展的較早，也取得了較好的成果，這也引發(fā)配電變電站的自動化的升級改造。配電變電站連接用電負(fù)荷和饋線，但是因為涉及經(jīng)濟(jì)因素，目前并沒有實現(xiàn)全面的配電變電站自動化升級，盡在有重要意義的節(jié)點，如連接重要負(fù)荷的特殊配電變電站、饋線中點、開接點等位置進(jìn)行了自動化升級。

配電網(wǎng)自動化升級改造后，通過采用故障自動定位方式，可以實現(xiàn)故障的迅速隔離和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，進(jìn)而可以保證快速的恢復(fù)供電。

3.3 饋線自動化

饋線自動化技術(shù)結(jié)合了配電變電站自動化、地區(qū)變電自動化以及故障定位，能夠快速的實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，但是在遠(yuǎn)程控制操作上仍然需要人工手動完成，同時幕后的維修人員調(diào)度也需要電力企業(yè)統(tǒng)一安排才能快速的解決故障。通過在配電變電站中裝設(shè)負(fù)荷開關(guān)，實現(xiàn)饋線自動化，系統(tǒng)故障自動隔離、供電自動恢復(fù)，也就是說，不需要人力調(diào)動，也不需調(diào)度中心的人工干預(yù)，單相接地短路電流可以自動切斷。大大縮短了隔離故障以及恢復(fù)供電的時間，使這兩個短時停電時間指標(biāo)遠(yuǎn)比規(guī)定值要小。因此，系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)SAIFI和系統(tǒng)平均停電時間指標(biāo)SAIDI 指標(biāo)有較大改善。

4 提高配網(wǎng)自動化建設(shè)中供電可靠性的措施

4.1 選擇合理的中性點接地方式

配電網(wǎng)絡(luò)中最主要的故障是單相接地故障，其占到電網(wǎng)所有故障類型的60%以上，當(dāng)前，我國配電網(wǎng)的中性點大部分都是采取不接地的模式，這種模式當(dāng)遇到電容或電流變大的情況時，其產(chǎn)生的電弧會很難熄滅，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)過電壓等問題。就目前來看，為了避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，大多數(shù)情況會采取消弧線圈接地的方式進(jìn)行應(yīng)對過電壓。

預(yù)調(diào)式與隨調(diào)式是配電網(wǎng)中性點經(jīng)消弧線圈接地經(jīng)常使用的兩種方式。具體而言，預(yù)調(diào)式是以配電網(wǎng)中最大可能纏上的電容電流為依據(jù)來選取消弧線圈容量并使得中性點經(jīng)消弧線圈接地。實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)也就是隨調(diào)式，根據(jù)反饋的實時狀態(tài)來調(diào)整消弧線圈，使其處于正確的位置上，在瞬時性單相接地故障發(fā)生的時候，將消弧線圈投入使用，對電容電流進(jìn)行快速補償。在電容電流變化相對穩(wěn)定的地方應(yīng)優(yōu)先選擇預(yù)調(diào)式，在電容電流波動較大的情況下優(yōu)先選擇隨調(diào)式。

4.2 提高配電網(wǎng)絕緣水平

近年來，我國城市綠化水平不斷地提升，輸電線和大樹之間的位置成為一大難題，由于城市的空氣高氮氧化物和高粉塵環(huán)境的存在，使得增強配電網(wǎng)電氣設(shè)備的絕緣性能迫在眉睫。首先應(yīng)提升線路的絕緣能力，通過在絕緣子串中增加“零值”儲備增強線路的絕緣性；其次應(yīng)大力宣傳采用架空的絕緣電纜，與電纜線路相比較，架空絕緣電纜是一種更為經(jīng)濟(jì)劃算的方式。

4.3 防止外力破壞導(dǎo)致的停電事故

除了電力系統(tǒng)自身的因素外，一些外力因素也會導(dǎo)致安全隱患。對于車輛破壞的現(xiàn)象，應(yīng)減少在路口進(jìn)行安置電線桿。另外在拉線上要增加明顯的提示牌，最大程度的降低車輛撞桿、撞拉線情況的發(fā)生，并且在特殊的路段還要增加保護(hù)網(wǎng)。由工地施工引起的挖斷地下電纜、倒桿事故，必須在電纜敷設(shè)的地方設(shè)置醒目的標(biāo)識，特殊情況下更要派專業(yè)人員在現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)。對于偷盜行為導(dǎo)致的停電事故，應(yīng)加強對百姓的安全教育普及，增強人民群眾對供用電設(shè)施的安全保護(hù)意識。

5 結(jié)語

配電網(wǎng)自動化的建設(shè)一項復(fù)雜艱巨且需要大量資金投入的工程。在我國，區(qū)域之間的經(jīng)濟(jì)不平衡，不同的省份、城市之間，甚至同一個地區(qū)的城市與農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也極不平衡，這導(dǎo)致了配電網(wǎng)自動化在不同地區(qū)之間的應(yīng)用與覆蓋的差異。在研究配網(wǎng)自動化的實現(xiàn)方法的同時，也需要對他的可靠性進(jìn)行研究和評價。本文主要研究了配網(wǎng)自動化對供電可靠性的影響，該研究將有效降低故障的影響范圍，縮短故障時間，提升電網(wǎng)的可靠性。